CN112282640A - 一种破碎地层裸孔钻进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种破碎地层裸孔钻进方法，包括以下步骤：步骤一，钻探开孔，在所述开孔中下开孔套管；步骤二，在所述开孔中沿所述开孔套管继续钻进第一深度H1的第一灌浆段；步骤三，对所述第一灌浆段进行砂浆灌注；步骤四，在所述第一灌浆段中砂浆强度大于50％后，对所述第一灌浆段重新钻进第二深度H2，形成第三深度H3的第二灌浆段，第二深度H2大于第一深度H1，H3＝H2‑H1；步骤五，对第二灌浆段进行步骤三和步骤四形成后续灌浆段，并对后续灌浆段重复进行步骤三和步骤四，直至钻孔完成。本发明破碎地层裸孔钻进方法，在破碎掉块地层钻进中，不需要下多层套管护壁，且解决了钻孔护壁的稳定性问题，大幅降低了钻进的综合成本。
Description
技术领域
本发明属于破碎地层钻孔技术领域，特别是涉及一种破碎地层裸孔钻进方法。
背景技术
在大量的水文水进、地质勘探钻探中，常遇到破碎、易垮塌掉块、漏失量大、溶洞发育的地层，如石灰岩地区，钻进难度大。
现有技术中，破碎地层钻孔时，为避免破碎块等影响钻孔，通常采取下套管的方式，如图1所示，首先在钻孔110中下第一套管120，还需钻进时在第一套管120中继续下第二套管130，如需继续钻进，则在第二套管130中下第三套管140，如此连续钻进。
然而，首先该方式可能会下多层套管，所以施工口径必须很大，且施工费用高；其次，一旦遇到较深的钻孔(如150米以上)，需下多种口径套管，由于套管内径越来越小，最终会导致无法继续钻进成孔。
因此本领域技术人员致力于开发一种免下多层套管的破碎地层裸孔钻进方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种免下多层套管的破碎地层裸孔钻进方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种破碎地层裸孔钻进方法，包括以下步骤：
步骤一，钻探开孔，在所述开孔中下开孔套管；
步骤二，在所述开孔中沿所述开孔套管继续钻进第一深度H1的第一灌浆段；
步骤三，对所述第一灌浆段进行砂浆灌注；
步骤四，在所述第一灌浆段中砂浆强度大于50％后，对所述第一灌浆段重新钻进第二深度H2，形成第三深度H3的第二灌浆段，第二深度H2大于第一深度H1，H3＝H2-H1；
步骤五，对第二灌浆段进行步骤三和步骤四形成后续灌浆段，并对后续灌浆段重复进行步骤三和步骤四，直至钻孔完成。
较佳的，步骤三中，砂浆的配合比为：水泥：河砂：水＝1：(0.5－1.2)：(0.7－3)。
较佳的，步骤三中，灌注的砂浆中掺有速凝剂，速凝剂为水泥用量的3-8％。
较佳的，步骤三中，对所述第一灌浆段进行两次砂浆灌注，第一次灌注的砂浆配合比为：水泥：河砂：水＝1：(0.5－0.6)：(2－3)，第二次灌注的砂浆配合比为：水泥：河砂：水＝1：(1－1.2)：(0.7－1)。
较佳的，步骤三中，使砂浆沿所述第一灌浆段的中心线灌入。
较佳的，步骤三中，灌注的砂浆高度H4高于所述第一灌浆段的第一深度H1。
较佳的，步骤三中，砂浆的灌注量按照公式：Q＝V1+V2+L计算，其中，Q为砂浆灌注量，V1为灌浆段体积；V2为砂浆高于灌浆段的体积，L为砂浆漏失量。
较佳的，步骤四中，对第一灌浆段重新钻进时，钻具的钻压为100-500Kg，转速为22～40r/min。
较佳的，步骤一中，下开孔套管时，使开孔套管固定于所述开孔，并使开孔套管高于所述开孔100－200mm。
较佳的，在与所述开孔套管周面对应的开孔中开有固定槽，在固定槽中填入M20-M30砂浆来固定开孔套管。
本发明的有益效果是：本发明破碎地层裸孔钻进方法，在破碎掉块地层钻进中，不需要下多层套管护壁，且解决了钻孔护壁的稳定性问题，大幅降低了钻进的综合成本。
附图说明
图1是现有技术中破碎地层裸孔钻进方法的示意图。
图2是本发明一具体实施方式中破碎地层裸孔钻进方法的步骤示意图。
图3是本发明一具体实施方式破碎地层裸孔钻进方法中步骤三的示意图。
图4是本发明一具体实施方式破碎地层裸孔钻进方法中步骤四的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图2所示，一种破碎地层裸孔钻进方法，包括以下步骤：
S210步骤一，钻探开孔，在所述开孔中下开孔套管；
本实施例中，步骤一中，先确定钻孔孔位后，进行钻探准备工作，固定好钻机，使钻机保持水平，主动钻杆保持垂直；然后钻开孔，按设计要求孔径开孔，达到开孔深度后停止钻进，取出钻具，下开孔套管到设计深度，使开孔套管高于开孔(露出地面)100－200mm，并在与开孔套管周面对应的开孔中开有300－1000mm深的固定槽，再在固定槽填M20-M30砂浆，以固定开孔套管。
S220步骤二，在所述开孔中沿所述开孔套管继续钻进第一深度H1的第一灌浆段；
本实施例中，根据是否要求取芯及地层破碎情况，采取取芯钻进或潜孔锤钻进，钻进深度(H1)在不发生孔内事故前提下，根据地层破碎、掉块及难易程度确定，达到钻进深度(H1)后停止钻进，取出钻具。
S230步骤三，对所述第一灌浆段进行砂浆灌注；
本实施例中，砂浆的配合比为：水泥：河砂：水＝1：(0.5－1.2)：(0.7－3)。砂浆配合比根据地层破碎程度确定，破碎且漏失严重的地层，掺砂量越大，水量越小；地层较完整、掉块少、漏失量小，则减小掺砂量，加大水的比例。
砂浆中掺有速凝剂，速凝剂可选用水玻璃(Na2O·nSiO2)、铝酸钠、铝酸钾、铝酸盐类速凝剂，速凝剂为水泥用量的3-8％，初凝时间根据速凝砂浆灌注到孔内灌浆段时间确定，宜为10～20min，漏失量越大的地层段，砂浆灌注后宜尽早凝结，终凝时间20～40min，速凝砂浆配制在使用前先进行测定试验，确定选择适宜掺量及凝结时间。
灌浆时，使砂浆沿所述第一灌浆段的中心线灌入。本实施例中，采用孔口灌注，灌注时先在孔口放置漏斗，使漏斗口位于孔中心，再将搅拌好的砂浆通过漏斗灌入孔内。
如图3所示，灌注的砂浆高度H4高于所述第一灌浆段的第一深度H1。
砂浆的灌注量按照公式：Q＝V1+V2+L计算，其中，Q为砂浆灌注量，V1为灌浆段体积；V2为砂浆高于灌浆段的体积，即砂浆灌注超过灌注段的体积，比如砂浆灌注超过灌注段2-3m的体积；L为砂浆漏失量，可根据钻孔漏失程度进行估算。
在其他实施例中，如孔内漏失量大，宜分两次灌注，第一次用配合比为1：(0.5－0.6)：(2－3)的速凝砂浆进行灌注，灌注完毕后用配合比为1：(1－1.2)：(0.7－1)的速凝砂浆进行灌注。
S240步骤四，在所述第一灌浆段中砂浆强度大于50％后，对所述第一灌浆段重新钻进第二深度H2，形成第三深度H3的第二灌浆段，第二深度H2大于第一深度H1，H3＝H2-H1，如图4所示；
本实施例中，对第一灌浆段重新钻进时，钻具的钻压为低压即100-500Kg，转速为低速即22～40r/min。
S250步骤五，对第二灌浆段进行步骤三和步骤四形成后续灌浆段，并对后续灌浆段重复进行步骤三和步骤四，直至钻孔完成。
如钻进中遇到溶洞发育的地层，溶洞小于5m3时，可用砂浆灌注满，凝固后继续钻进；溶洞大于5m3时，在钻孔垂直的情况下，可直接穿过溶洞后继续钻进，溶洞下部钻孔破碎、掉块时，同样按第二、三、四、五的步骤不断循环。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，钻探开孔，在所述开孔中下开孔套管；
步骤二，在所述开孔中沿所述开孔套管继续钻进第一深度H1的第一灌浆段；
步骤三，对所述第一灌浆段进行砂浆灌注；
步骤四，在所述第一灌浆段中砂浆强度大于50％后，对所述第一灌浆段重新钻进第二深度H2，形成第三深度H3的第二灌浆段，第二深度H2大于第一深度H1，H3＝H2-H1；
步骤五，对第二灌浆段进行步骤三和步骤四形成后续灌浆段，并对后续灌浆段重复进行步骤三和步骤四，直至钻孔完成。
2.如权利要求1所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，步骤三中，砂浆的配合比为：水泥：河砂：水＝1：(0.5－1.2)：(0.7－3)。
3.如权利要求2所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，步骤三中，灌注的砂浆中掺有速凝剂，速凝剂为水泥用量的3-8％。
4.如权利要求1所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，步骤三中，对所述第一灌浆段进行两次砂浆灌注，第一次灌注的砂浆配合比为：水泥：河砂：水＝1：(0.5－0.6)：(2－3)，第二次灌注的砂浆配合比为：水泥：河砂：水＝1：(1－1.2)：(0.7－1)。
5.如权利要求1所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，步骤三中，使砂浆沿所述第一灌浆段的中心线灌入。
6.如权利要求1所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，步骤三中，灌注的砂浆高度H4高于所述第一灌浆段的第一深度H1。
7.如权利要求6所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，步骤三中，砂浆的灌注量按照公式：Q＝V1+V2+L计算，其中，Q为砂浆灌注量，V1为灌浆段体积；V2为砂浆高于灌浆段的体积，L为砂浆漏失量。
8.如权利要求1所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，步骤四中，对第一灌浆段重新钻进时，钻具的钻压为100-500Kg，转速为22～40r/min。
9.如权利要求1所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，步骤一中，下开孔套管时，使开孔套管固定于所述开孔，并使开孔套管高于所述开孔100－200mm。
10.如权利要求9所述的破碎地层裸孔钻进方法，其特征在于，在与所述开孔套管周面对应的开孔中开有固定槽，在固定槽中填入M20-M30砂浆来固定开孔套管。
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